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une société du groupe
www.lerm.fr
Contrôle des Matériaux Diagnostic Constructions Expertise Durabilité Innovation Matériaux
Marseille, le 27 novembre 2013
La protection des bétons en zone littorale
STRRES – FNTP
Ingénierie et Laboratoire conseil
en matériaux de construction
une société du groupe
Le diagnostic des chlorures en laboratoire
bernard.quenee@lerm.setec.fr
une société du groupe
Déclanchement de la corrosion
Il existe 2 phénomènes inducteurs de la corrosion
des aciers dans le béton :
– la carbonatation du béton par pénétration d’un front de
CO2 de la surface vers le cœur du béton
– la pénétration des ions chlorure pour les ouvrages en
milieu marin (immergés, en zone de marnage, soumis aux
éclaboussures ou aux embruns…) ou exposés aux sels
de déverglaçage dans les environnements présentant des
risques de gel (contact direct, projections,
ruissellement…).
une société du groupe
Déclanchement de la corrosion
La pénétration des ions chlorure dans le béton requiert la
présence d’une phase liquide.
En milieu saturé (par ex. structures immergées en eau de
mer), les ions chlorure pénètrent dans le béton par
diffusion, sous gradient de concentration.
La pénétration des chlorures dépend donc des
caractéristiques du matériau et des cycles d’humidification/
séchage qu’il subit (durée, conditions climatiques).
une société du groupe
Formes de chlorures
Il existe 2 formes de chlorures dans les bétons :
- chlorures libres (NaCl) : adsorbés en surface des C-S-H
- chlorures liés (chloro-aluminates de calcium hydratés ou
sel de Friedel, C3A.CaCl2.10H2O) : liés dans la matrice
cimentaire
L’ensemble constitue les chlorures totaux.
une société du groupe
Chlorures totaux = extraits après solubilisation par attaque acide
Chlorures libres = extraits par extraction aqueuse
=> Chlorures liés (ou fixés) = différence des deux
La fixation des ions chlorure dépend fortement de la nature du ciment utilisé et
principalement de sa teneur en C3A mais l’alumino-ferrrite de calcium
C4AF ainsi que les sulfates jouent également un rôle.
une société du groupe
On considère que seuls les chlorures libres peuvent
diffuser et jouer un rôle actif dans le processus de
dépassivation et de corrosion des armatures.
Ces constatations expliquent le fait que les bétons à
base de CEM I à teneur relativement élevée en C3A
soient plus résistants à la corrosion induite par les
chlorures en raison de leur capacité à fixer une
quantité importante de chlorures, plus disponibles
pour dépassiver les aciers.
une société du groupe
Mouvements des chlorures en surface des bétons
Illustration de la
zone de convection
dans une structure
en béton armé
soumise à des
transferts
hydriques et de
chlorures (d’après
La durabilité des
bétons )
une société du groupe
Corrosion liée à des infiltrations d’eau chargée en sels au
droit de joints de chaussée
une société du groupe
Corrosion liée à des infiltrations d’eau chargée en sels au
droit de joints de chaussée
une société du groupe
Dosage des ions chlorures
o Mesure réalisée selon le mode opératoire recommandé par l’AFPC-
AFREM ( teneurs en chlorures libres et totaux)
o Mesures selon profil de plusieurs points en fonction de la
profondeur, afin d’apprécier la profondeur de pénétration des
chlorures.
o Les profondeurs de mesure seront en général : 0/10mm, 10/20 mm,
20/30 mm, 30/40 mm, 40/50 mm…
une société du groupe
Mesure d’un gradient chlorures (profil 5 points)
0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 mm
une société du groupe
Profil profondeur – concentration en Cl-
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Ten
eu
r e
n c
hlo
rure
s ra
me
né
e à
la m
asse
de
cim
en
t (%
mas
siq
ue
)
Profondeur par rapport à la surface du parement (mm)
Cl totaux
Cl libres
Cl liés
Limite EN 206-1 - Béton armé
une société du groupe
0,00
0,50
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3,00
3,50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
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Profondeur par rapport à la surface du parement (mm)
Cl totaux
Cl libres
Limite EN 206-1 - Béton armé
Zone Z4C0Echantillon Z4C0-2
Profil profondeur – concentration en Cl-
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Teneur critique en chlorures
Rapport [Cl- libres] / [OH-] au droit des armatures = stabilité de la couche de
passivation. Conditionne amorçage de la corrosion (plus ce rapport est élevé,
plus la vitesse de corrosion sera grande).
On peut donc déduire de ce critère la valeur de la concentration « critique » en
chlorures, connaissant le pH de la solution interstitielle.
Un rapport [Cl–]/[OH–] compris entre 0,6 et 1 conduit généralement à une
concentration « critique » en ions chlorures de l’ordre de 0,4 % par rapport
à la masse de ciment pour un BA (norme NF EN 206-1), pour un béton non
carbonaté (et donc à des concentrations « critiques » comprises entre 0,04
et 0,1 % par rapport à la masse de béton, suivant la formulation).
L’état hydrique du béton reste un paramètre déterminant vis-à-vis de la corrosion
des armatures.
une société du groupe
Expression du résultat
La connaissance du dosage en ciment permet :
- de ramener précisément les teneurs en chlorures au
poids de ciment (et non au poids de béton)
- de comparer ce paramètre par rapport aux spécifications
actuelles (NF EN 206-1)
une société du groupe
Prévision numérique de la durée de vie résiduelle d’ouvrages
Exemple du Pont Vasco de Gama à Lisbonne
une société du groupe
Programme de durabilité – Contrôle des bétons
Mesure des teneurs en chlorures libres et liés par potentiométrie
• BHP : durabilité
avant performances
mécaniques
• Ciment faible
teneur en C3A et
aux cendres
• Dosage > 400
kg/m3
• E/L : 0,33 à 0,42
• Enrobage
armatures #7 cm
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Programme de durabilité – Contrôle des bétons
Mesure du coefficient de diffusion des Cl- sous champs électrique
+
+
Jointimperméable Éprouvette
AnodeCathode
Compartimentamont
Compartimentaval
Cl-, OH-
Na+, K+
une société du groupe
Programme de durabilité – Contrôle des bétons
Mesure de la perméabilité à l’oxygène
une société du groupe
La modélisation de durée de vie
Développement d’un modèle prédictif de la pénétration des chlorures
y = 6E-12x-0,7042
1,00E-13
1,00E-12
1,00E-11
1,00 10,00 100,00
Temps (mois)
Co
eff
icie
nt
de
dif
fusio
n
une société du groupe
La modélisation de durée de vie
Développement d’un modèle prédictif de la pénétration des chlorures
36 mois après la mise en service Après 120 ans
une société du groupe
La modélisation de durée de vie
Armatures
Développement d’un logiciel prédictif de la pénétration des chlorures
Exemple de simulation numérique
une société du groupe
Programme de durabilité : exemples de résultats
(chlorures)(simulations numériques 18 mois après la mise en service)
Simulations numériques réalisées à
partir des essais en laboratoire sur :
Béton sain
Béton fissuré
Béton avec défauts de mise en oeuvre
120 ans bon béton fissuré
D=0,2.10-12 m2/s
120 ans très bon béton fissuré
D=0,2.10-13 m2/s
Mise en œuvre de solutions
préventives pour garantir le critère de
durabilité de 120 ans
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Merci pour votre attention…
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